基于数据包络分析贵阳市铝产业生态效率评价

韩凌++徐昕

摘要：近年来我国铝业投资热潮涌动，产能不断扩张，但是盈收情况不容乐观。贵阳是国家布局的重要鋁工业基地之一，在供给侧改革的契机下，文章运用Matlab和DEAP2.1程序对2005年-2014年贵阳市铝产业生态效率进行实证分析与评价，探索资源型产业与资源型城市的转型之路。在未来，贵阳应积极提高创新水平，吸收先进技术，控制行业无序扩张，化解产能过剩，推进产业共生。

关键词：数据包络分析;铝产业;生态效率;产业共生;煤电铝一体化

一、 引言

贵阳不仅拥有丰富的铝土矿资源，而且在开发利用、加工研发方面有较强的技术基础和较大的生产规模。从工业体系上看，贵阳市铝及铝加工业是贵阳的八大特色支柱产业之一。自2000年起，贵阳市就开始积极探寻生态发展之路，推进生态文明建设，既要青山绿水，又要寻求产业的二次发展，因此对贵阳市铝产业生态效率进行评估显得尤为重要。

生态效率最早是由瑞士知名学者Schaltegger和Sturn在1990年首次提出和定义的。WBCSD（世界可持续工商理事会）、经济与合作组织和欧盟环境署等众多机构组织都对生态效率进行定义，从广义上来看，生态效率可看成是产出与投入之比。生态效率是国内外度量不同尺度区域、行业、企业和产品可持续发展状况和循环经济发展水平的重要指标。通过将生态效率这一概念引入工业系统，构建工业及其各行业与外部环境之间的关系框架指导工业实践活动，能缓解经济发展与环境保护之间的矛盾，有效地促进经济转型，促进产业生态系统健康发展。从产业层面上，生态效率的评估可以从行业整体技术水平出发，探讨其可持续发展的驱动因素及改进方案。

在研究方法上，生态效率的核算方法主要有三种：经济/环境单一比值法、指标体系法、模型法。经济/环境单一比值法中经济维度和环境维度所选取的表征指标根据研究对象和研究目的不同而不同，有选取产品或服务的生产总量、销售总量或净销售额作为经济指标，也有选取机会成本。指标体系法是指由相互独立但是又整体联系的各个指标组成的生态效率评价体系，国内对行业、产业园区及区域这种大尺度的研究上基本上都采用指标体系法。模型法包括数据包络分析模型及其拓展模型、生态拓扑法等。其中数据包络分析模型就是常用的产业效率评价方法。

二、 研究方法

1. 数据包络模型。1978年美国著名运筹学家A .Charnes和W .W .Cooper等人创建了数据包络分析（Data Envelopment Analysis），简称DEA。DEA是使用数学规划模型，基于相对效率理论和非参数统计方法评价具有多个输入、多个输出决策单元（Decision Making Unit，简称DMU）间的相对有效性。判断一个决策单元是否有效本质上是判断该决策单元的输入数据和输出数据的包络面的有效部分。本研究选取投入导向，考虑规模收益的C2R和B2C模型用以评价贵阳市铝产业生态效率。

假设存在n个决策单元DMU，这n个DMU都是可比拟的且各个DMU均包含m种类型的输入和s种类型的输出，各输入和输出均大于0。xij表示第j个决策单元中第 种输入量，xij>0;yrj表示第j个决策单元种第r种输出量，yrj>0;vi是第i种输入的权重;ur是第r种输入的权重。

对于权系数v∈Em和v∈Es，定义第j个DMU的效率评价指数为：

C2R和BC2模型分别如下所示：

2. 非期望产出的处理。非期望产出概念（Undesirable Output）最早由Koopmans（1951）提出，是指在DEA理论中在生产过程中所产生的污染物的产出（如废气、废水、固体废弃物的产出）。非期望产出的增加会造成决策单元有效性的降低，因此在涉及环境效率的评价时应适当处理。目前非期望产出的处理方法有：污染物作为投入变量法、转化函数处理法、曲线测度评价法、方向距离函数法。

本研究基于数据包络模型中投入越小越好的投入指标原则，将非期望看做一般投入变量，把污染物作为投入变量，具有以下合理性：第一，在某些生产过程中污染物排放往往与其他投入要素几乎同步产生，因此期望产出越多往往需要相对更多的资源和污染。第二，环保技术追求的是最小的污染物代价和与此同时最大的期望产出，因此污染物始终存在，即一定的期望产出要求特定的污染物。

三、 贵阳市铝行业生态效率评价

1. 数据来源。本文运用DEA模型研究和评价2005年～2014年10年间贵阳市铝及铝加工业产业生态效率变化情况。本文数据来源于贵阳市统计年鉴和贵阳市工业和信息化委员会、贵阳市生态文明委员会的相关资料。

2. 数据处理。根据DEA方法的拇指原则，决策单元（DMU）个数应大于投入指标个数与输出指标个数乘积的两倍以上。本研究的DMU只有10个，因此本研究需要对之前的评价指标进行压缩。

在信息论中，熵值越大，则该系统无序程度越高，所含信息越少，反之，熵值越小，则该系统无序程度越低，所含信息越多。因此我们可以通过熵值来判断一个事件的随机性和无效程度。熵值作为一种客观确定权重的工具被广泛用来处理社会经济等多领域内，可以解决各指标信息量大、难以准确量化等问题。熵权法就是基于以上原理，通过分析指标之间的关联程度和提供的客观信息为指标赋权重的一种多指标综合评价法。熵权法综合评价的主要步骤有：

选取n个年份，m个反映其生态效率的指标，则xij为第i个年份的第j个指标的数值，设计其矩阵为：Xij=（xij）m×n（i=1，2…，n; j=1，2，…，m）;由于各项指标的计量单位并不统一，需要对xij将该矩阵进行归一化处理，得到各指标标准化矩阵：

计算第j项指标的熵值，将评价指标的熵值转化为权重值;各指标的权值分别与其所对应的指标相乘后求和，其评价模型为：

本研究运用熵权法将将劳动投入、资本投入、能源消耗、成本消耗、资源消耗指标压缩为综合资源投入指标，将工业废水排放量、工业废气排放量、工业综合废弃物处置量压缩为综合污染物排放指标，将铝产品产出量、主营业务收入压缩为综合经济产出指标，并用这三个指标代替原始数据进行DEA分析，处理后的数据见表2。

3. 数据结果及分析通过DEA软件DEAP2.1经过运算求得表3，2005年～2014年贵阳市铝及铝加工业的技术效率、综合技术效率、纯技术效率和规模效率。

通过DEA模型可以得出如下结论：（1）從整体上看，贵阳市铝产业生态效率不断提高，呈现出良好趋势;（2）从综合技术效率看，贵阳市铝产业在2014年综合技术效率达到相对有效，表明2014年不仅投入要素获得了充分利用，取得了最大的产出效果，而且规模效率亦有效也达到最佳规模水平，规模报酬不变;（3）除了2008年和2014年，其他年份规模效率均大于纯技术效率，说明贵阳市铝产业的综合技术效率无效是主要源于纯技术无效，加上规模报酬递减，说明这些年不仅投入要素没有达到最佳组合水平，相应的产出能力弱，此外规模也过大。纯技术效率无效也侧面反映出需要提高对污染物减排和综合利用能力。

2014贵阳市铝产业达到生态效率相对最优的主要原因包括：一是煤电铝一体化项目的重大推进。2014年国内电解铝市场持续低迷，中铝贵州分公司纳入电力直供改革试点，采取直购电方式对中铝贵州分公司进行扶持;二是贵阳市铝加工企业产品市场份额的不断增长。白云铝及铝工业基地的贵州中铝铝业、贵州今飞轮毂公司、贵州合润铝业公司、贵阳煜兴车轮公司等经过前期项目建设期后，2014年产品开始占领市场，清镇铝产业园的广铝铝业、贵乾铝业公司等产值均有较大增长;三是贵阳市工业污染物的大力治理。在固体废弃物上，制定实施了《贵阳市“十二五”工业固体废物综合利用规划》，清镇作为铝及铝加工业的核心区域也被列入“三废”综合利用试点基地，实施一批粉煤灰、赤泥综合利用示范（试点）项目;在废气排放上，加强工业废气治理，2014年中铝贵州分公司7台燃煤锅炉全部停用，实施退城入园措施。

四、 贵阳市铝产业发展建议

1. 提高创新水平，吸收先进技术。2014年中国铝加工业技术创新和推广取得重大进步，以贵阳铝镁设计研究院有限公司为主完成的大排料量高效节能罐式煅烧炉技术，各项经济指标均达到同类设备国际领先水平;中铝集团600千安超大容量铝电解槽技术取得重大突破。通过不断吸收和创造世界铝工业的先进技术是提升贵阳市铝产业的综合技术效率的重要途径。技术的提高应双管齐下，既从源头提升生产工艺技术水平，提高资源产出率，减少污染物排放又要积极采用先进的污染物综合利用技术，提供综合利用率。随着铝产业的生产工艺的优化和污染物总和利用技术的发展，与铝产业生产相关的原辅材料、产品、废物之间的产业共生环节逐渐增多，产业共生潜力也会逐渐加强。

2. 控制单体规模，促进产业共生。由于铝冶炼行业有较高的投资回报率，在利益驱使下投资者冲动加剧，企业不断扩大生产规模，产能的盲目扩张打破了原铝市场的供求平衡，不仅造成资源和能源的浪费，也直接限制了铝行业的健康发展。贵阳市铝产业多年规模报酬递减，规模过大，盲目的扩张铝产业规模并不能达到生态效率相对最优，因而控制单体规模，促进产业共生发展是贵阳铝产业发展的前进方向。产业共生发展不仅有利于提高企业的资源配置效率，推动产业共同发展，还能缓解区域环境压力。目前贵阳根据自己的资源和能源优势持续推进煤电铝一体化项目，欲打造千亿级“煤电铝一体化”基地，这正是产业共生的良好开端。

3. 化解产能过剩，推进结构升级。当前由于经济压力增大和市场需求低迷，我国电解铝行业产能过剩，化解电解铝产能过剩是供给侧的改革的重要内容之一。同时，我国在电子、航空和交通领域等高技术行业对高端铝产品的需求量大，我国生产高附加值的高端铝产品的空间还很大。贵阳铝行业的产能过剩是结构性过剩，低端产能过剩且高端产能不足。为此依托贵州中铝铝业有限公司等企业，不断完善白云、清镇铝及铝加工基地建设，推进原铝直接铸造高端铝及铝合金锭坯技术等的开发及应用，以高强、高韧、耐腐蚀为发展方向，积极开发广泛应用于航空航天、机械、通信、高科技建筑和结构等行业领域的高性能铝合金品种，替代进口，促进贵阳铝及铝加工产业升级，带动工业新业态。

参考文献：

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基金项目：贵阳市工业和信息化委员会项目“贵阳市产业发展环境承载力研究报告项目”（项目号：2016-zfcg-0016）。

作者简介：韩凌（1971-），女，汉族，山东省东营市人，北京大学环境科学与工程学院副教授，北京大学理学博士，研究方向为环境规划与管理、产业生态学;徐昕（1991-），女，汉族，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市人，北京大学深圳研究生院环境与能源学院硕士生，研究方向为环境规划与管理、产业生态学。

收稿日期：2017-05-16。